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《浙江工业大学》 2010年
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网络化控制系统的时延与丢包问题研究

张文安  
【摘要】:与传统点对点控制模式相比,网络化控制系统减少了系统布线,可节约系统设计成本,增强系统可维护性、交互性和故障诊断能力,已在众多领域得到应用。网络化控制目前也成为国际控制界的热点研究课题之一。 然而,利用有限带宽的通讯网络来传输现场级大量的实时数据给控制系统的分析和设计带来了许多新的问题和困难,其中,网络诱导时延和数据包丢失是最为常见的两个问题,是引起系统性能下降甚至失稳的主要原因。针对这两个问题虽然已有不少研究成果,但仍有许多关键问题尚未解决,特别的,分析并指出时延和丢包给控制系统设计所带来的根本困难,进而提出系统的建模、分析和设计方法,建立时延和丢包特征参数与系统参数和性能之间的关系(特别是定量关系),降低设计结果的保守性,具有重要的意义。这些是本文要研究和解决的问题。 具有时变时延的网络化控制系统主要存在以下几个问题:首先是由时延时变性引起的指数时变项问题;其次是由长时延引起的时序错乱问题,特别的,针对具有突发性大时延的情形,若在系统设计时仅考虑时延上界将带来极大的保守性;最后,需要建立时延特征参数与系统性能之间的关系。本文采用鲁棒控制和切换系统理论与方法解决这些问题,主要取得以下两方面成果。 首先,针对具有时变短时延的网络化控制系统,提出了不确定系统和切换系统两种方法解决指数时变项问题。在不确定系统方法中,将时延分解为名义部分和时变不确定部分,进而将网络化控制系统描述为一类范数有界不确定系统。在切换系统方法中,对时延进行了量化处理,将时延在一个连续区间内取值转化为在一个有限集内取值,将时延的时变性转化为系统模型之间的切换特性。基于这两种处理方法,给出了系统稳定化状态反馈控制器设计方法,并建立了时延上界、时延变化范围以及时延变化率与系统性能之间的关系。 其次,针对具有时变长时延的网络化控制系统,提出了切换系统和鲁棒控制两种建模和设计方法。在切换系统方法中,同时建立了时延上界和大时延发生率与系统性能之间的关系,给出的结论说明了:尽管大时延幅值可能很大,但只要其发生率足够低,则仍可设计稳定化状态反馈控制器。在鲁棒控制处理方法中,将大时延摄动下的系统部分动态描述为系统的不确定性,进而基于小增益定理给出了稳定化状态反馈控制器设计方法。 针对具有丢包的网络化控制系统,关键问题在于建立丢包过程特征参数以及系统参数与系统性能之间的关系。根据对丢包过程的不同描述,采用了随机系统、切换系统和时滞系统理论与方法解决以上问题,主要取得以下四方面成果。 第一,研究了随机丢包影响下的网络化系统控制问题。首先,针对具有集中式结构(系统所有测量输出/控制输入由一个节点发送/接收)的网络化控制系统,提出了稳定化状态反馈控制器设计方法,同时建立了丢包概率和最大连续丢包数与系统性能之间的关系。其次,针对具有分布式结构(系统的测量输出/控制输入由多个节点发送/接收)的网络化控制系统,提出了状态反馈控制器和调度协议的联合设计方法,同时建立了丢包概率和节点网络访问概率与系统性能之间的关系。 第二,研究了具有分布式结构的网络化系统在随机丢包影响下的信号估计问题。首先,考虑所有节点能在一个采样周期内完成数据包传输的情形,提出了网络化线性离散系统的H∞滤波器设计方法,建立了多个节点的丢包概率与H∞滤波性能之间的关系。其次,考虑所有节点未能在一个采样周期内完成数据包传输的情形,研究了网络化线性离散系统的线性最小均方估计问题,设计了最优滤波器、预测器和平滑器,同时建立了丢包概率和节点网络访问概率与最优估计性能之间的关系。 第三,研究了网络化控制系统的性能与丢包率之间的定量关系。利用切换系统方法提出了丢包影响下的网络化系统状态反馈和输出反馈稳定化控制器设计方法,建立了最大允许丢包率与系统指数衰减率之间的线性函数关系。 第四,利用切换时滞系统理论与方法研究了丢包影响下的网络化控制系统性能与采样周期之间的关系,建立了系统指数衰减率与采样周期之间的函数关系。 论文通过Matlab和Truetime软件对一些实例进行了仿真研究,验证了所提出设计方法的有效性。最后,对全文进行了总结,并对进一步的研究提出了展望。
【学位授予单位】:浙江工业大学
【学位级别】:B
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP273

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【引证文献】
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1 何胜权;俞立;;遭受DoS攻击的短时延网络控制系统保性能控制[J];大连理工大学学报;2018年03期
2 刘芸;黄河;马帅;陈曦;林昕;宁黄江;段然;;无线Mesh控制网中双路径并发可行性分析和时延估计[J];电子科学技术;2017年04期
3 魏宇;孙志毅;;切换系统处理的网络化控制系统稳定性分析[J];太原科技大学学报;2016年02期
4 胡然;郭成城;杨剑锋;;基于两路并发传输的井下通信[J];传感器与微系统;2016年03期
5 胡雷;杨剑锋;郭成城;徐俊;;多信道无线Mesh控制网中双路径并发性能研究[J];科学技术与工程;2015年04期
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1 刘莉;受通信约束的分布式网络化系统信息融合方法研究[D];上海大学;2017年
2 林鸿;网络化控制系统估计和控制若干问题研究[D];浙江大学;2016年
3 吴迪;基于切换的网络化预测及事件驱动控制的研究[D];大连理工大学;2015年
4 李秀英;随机网络化控制系统的H_∞滤波和控制[D];黑龙江大学;2014年
5 安宝冉;基于预测控制的网络化系统若干控制问题研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
6 朱翠;具有非完整信息系统的滤波和数据融合算法研究[D];北京理工大学;2014年
7 刘安东;网络化系统的滚动时域控制与估计研究[D];浙江工业大学;2013年
8 陈博;网络化多传感器信息融合估计算法研究[D];浙江工业大学;2013年
9 黄立勋;测控信号无线传输ILC系统性能的分析和保障[D];上海大学;2013年
10 马静;网络化控制系统的建模与融合估计[D];黑龙江大学;2012年
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1 郑凤;具有不确定时延和丢包的网络控制系统控制问题研究[D];南京邮电大学;2017年
2 张琦;T-S非线性模糊网络控制系统鲁棒控制及滤波[D];东北石油大学;2017年
3 季鹏;具有时延的网络化系统模型预测控制研究[D];浙江工业大学;2017年
4 胡生俊;网络环境下直流伺服电机控制问题的研究[D];南京邮电大学;2016年
5 王宁;网络控制系统的稳定性分析与调度控制设计[D];中国石油大学(华东);2016年
6 樊雪丽;基于混杂动态的多机器人系统的一致性分析与设计[D];北京交通大学;2015年
7 劳琰婷;基于无源性的网络化系统丢包问题的分析与控制[D];东北大学;2015年
8 魏宇;基于切换系统处理方法的网络化控制系统稳定性分析[D];太原科技大学;2015年
9 解洋;基于WSN的网络控制系统性能分析与综合[D];浙江工业大学;2015年
10 李娜;多步随机滞后和多丢包网络系统的融合滤波[D];黑龙江大学;2015年
【参考文献】
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1 庄玲燕;张文安;俞立;;基于GPC的NCS非整数倍采样周期时延补偿方法[J];控制与决策;2009年08期
2 刘磊明;童朝南;武延坤;;一种带有动态输出反馈控制器的网络控制系统的Markov跳变模型[J];自动化学报;2009年05期
3 郑萌;张庆灵;宋敏;邢双云;;网络控制系统的最大允许时延界[J];控制理论与应用;2008年06期
4 张冬梅;俞立;周明华;;具有快变时延和丢包的网络控制系统镇定[J];控制理论与应用;2008年03期
5 郭亚锋;李少远;;网络控制系统的H_∞状态反馈控制器设计[J];控制理论与应用;2008年03期
6 聂雪媛;王恒;;网络控制系统补偿器设计及稳定性分析[J];控制理论与应用;2008年02期
7 王武;詹耀清;杨富文;;一类网络控制系统的H_2方法[J];自动化学报;2008年02期
8 张庆灵;张雪峰;;网络控制系统研究综述与前景展望[J];信息与控制;2007年03期
9 邱占芝;张庆灵;刘明;;不确定时延输出反馈网络化系统保性能控制[J];控制理论与应用;2007年02期
10 刘明;张庆灵;邱占芝;;有时延和数据包丢失的网络控制系统反馈控制[J];系统工程与电子技术;2007年02期
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1 黎善斌;网络控制系统的鲁棒控制算法研究[D];浙江大学;2005年
2 樊卫华;网络控制系统的建模与控制[D];南京理工大学;2004年
3 朱其新;网络控制系统的建模、分析与控制[D];南京航空航天大学;2003年
【共引文献】
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1 刘义才;刘斌;;具有时延和丢包的网络化切换系统控制研究[J];控制工程;2018年08期
2 刘义才;刘斌;石安伟;;区间化随机时延的网络控制系统建模与控制[J];系统仿真学报;2018年02期
3 于晓明;刘广达;吴英男;赵业平;宁靖;;一种基于线性矩阵不等式的离散网络控制系统镇定方法[J];辽东学院学报(自然科学版);2017年04期
4 张翼;赵慧颖;;一类非线性广义生物经济系统的保性能分析[J];沈阳化工大学学报;2017年03期
5 刘斌;刘义才;;区间化时变时延的网络化切换系统建模与控制[J];控制理论与应用;2017年07期
6 王斯锋;刘文超;朱盼盼;;网络控制系统中网络诱导约束综述[J];电子技术;2017年06期
7 施菲菲;黄玲;韩建伟;;具有丢包的网络控制系统的时滞补偿[J];哈尔滨理工大学学报;2017年03期
8 马运强;武昌俊;;能量约束的网络控制系统的H_∞滤波[J];新余学院学报;2017年02期
9 宋娟;曹自洋;;含时延的网络控制系统的H_∞保性能控制器设计[J];广西师范大学学报(自然科学版);2016年04期
10 夏鑫;张果;王剑平;杨晓洪;杨俊东;;网络控制系统的概述和研究趋势[J];哈尔滨师范大学自然科学学报;2016年05期
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1 张国月;含光伏电源的微电网自治运行研究[D];浙江大学;2017年
2 杨桅;通讯受限下随机动态系统的状态重构及滑模控制[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 李牧;网络化系统最优动态量化器设计与稳定性分析[D];北京理工大学;2015年
4 陈佳凯;列车网络通信模式优化与可靠性分析研究[D];浙江大学;2015年
5 张果;NCS场景下混合网络时间特性与同步机制研究[D];昆明理工大学;2015年
6 刘安东;网络化系统的滚动时域控制与估计研究[D];浙江工业大学;2013年
7 卢自宝;网络化系统的信道分配与控制器设计[D];大连海事大学;2013年
8 王燕锋;若干类网络控制系统稳定性分析及控制器设计[D];东北大学;2012年
9 宋洪波;网络化控制系统的介质访问受限问题研究[D];浙江工业大学;2012年
10 王磊;造波机网络运动控制系统建模及控制技术研究[D];大连理工大学;2012年
【同被引文献】
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1 符琦;陈志刚;蒋云霞;;基于NS-2的多接口多信道仿真模型扩展研究[J];计算机工程;2013年04期
2 ;Impulsive controller design for nonlinear networked control systems with time delay and packet dropouts[J];Journal of Systems Engineering and Electronics;2012年03期
3 ;H_2 /H_∞ control of networked control system with random time delays[J];Science China(Information Sciences);2011年12期
4 ;Predictive control and scheduling codesign in network control systems[J];Journal of Control Theory and Applications;2010年02期
5 徐雷鸣;向勇;史美林;;基于拓扑化简的多接口无线mesh网络信道分配算法[J];清华大学学报(自然科学版);2007年07期
6 王子君;许维胜;王中杰;吴启迪;;基于网络演算的网络控制系统确定性延迟模型[J];控制与决策;2006年01期
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1 赵梦玲;基于智能优化算法的聚类分析及应用[D];西安电子科技大学;2015年
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7 孙顺远;无线传感器网络定位算法及应用研究[D];江南大学;2014年
8 汪庆淼;基于目标函数的模糊聚类新算法及其应用研究[D];江苏大学;2014年
9 吴军;基于光电扫描测角与超声测距的全站式空间定位方法研究[D];天津大学;2014年
10 朱培逸;不确定信息的融合方法及其应用研究[D];江南大学;2013年
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1 许强;网络环境下电机群的同步控制与调度研究[D];安徽工程大学;2014年
2 袁园;具有丢包和通讯约束的网络化控制系统的故障检测[D];燕山大学;2014年
3 刘迎雪;基于集中控制的WSN固定分簇协议[D];山东大学;2014年
4 胡豪立;通信受限网络控制系统非均匀采样控制[D];浙江工业大学;2013年
5 丁士云;网络控制系统的随机时延与丢包问题的研究[D];南京理工大学;2013年
6 董玉强;无线传感器网络在电厂输煤控制系统的应用[D];华北电力大学;2013年
7 钮新源;基于平均驻留时间的复杂网络同步切换控制[D];上海交通大学;2013年
8 赵琳;网络化模型预测控制算法研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
9 丁东慧;一类连续时间和离散时间线性系统的有限时间H_∞控制问题研究[D];中南大学;2012年
10 朱宇蒙;网络化控制系统的预测控制方法设计与实现[D];上海交通大学;2012年
【二级引证文献】
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1 成凌飞;杨蒙;贺扬;李俊;李飞腾;;巷道无线信道多普勒扩展及其影响因素[J];传感器与微系统;2018年09期
2 周莉;王伟华;张敬;;基于数值分析的匿名大数据访问最优控制算法[J];计算机测量与控制;2017年12期
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1 林红蕾;异步采样网络化系统的融合估计算法研究[D];黑龙江大学;2018年
2 付伟;网络控制系统长时延和丢包的主动补偿控制方法研究[D];重庆大学;2017年
3 田甜;带有限步相关噪声随机不确定系统的信息融合估计[D];黑龙江大学;2017年
4 刘莉;受通信约束的分布式网络化系统信息融合方法研究[D];上海大学;2017年
5 安思成;交互式配电网智能控制系统及其关键技术研究[D];华北电力大学(北京);2016年
6 杨新荣;广义多智能体系统的一致性问题研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
7 陈博;网络化多传感器信息融合估计算法研究[D];浙江工业大学;2013年
8 黄立勋;测控信号无线传输ILC系统性能的分析和保障[D];上海大学;2013年
【二级参考文献】
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1 马卫国;邵诚;;网络控制系统随机稳定性研究[J];自动化学报;2007年08期
2 王武;林琼斌;杨富文;;具有数据丢失的网络控制系统的H_∞输出反馈控制[J];信息与控制;2007年03期
3 肖俊;徐红兵;祝颖;;带有随机丢包的最优控制中Riccati方程解存在的条件[J];自动化学报;2007年04期
4 黄剑;关治洪;王仲东;;基于脉冲微分系统模型的有损网络控制系统研究[J];控制理论与应用;2006年01期
5 邱占芝,张庆灵,连志春,刘明;存在时延和数据包丢失情况下状态反馈网络控制系统的指数稳定性[J];信息与控制;2005年05期
6 冯冬芹,廖智军,金建祥,褚健;基于以太网的工业控制网络实时通信模型研究[J];仪器仪表学报;2005年09期
7 朱其新,胡寿松;网络控制系统的可镇定性和可检测性[J];系统工程学报;2005年01期
8 樊卫华,蔡骅,陈庆伟,胡维礼;时延网络控制系统的稳定性[J];控制理论与应用;2004年06期
9 樊卫华,蔡骅,吴晓蓓,胡维礼;具有延时和数据包丢失的网络控制系统的稳定性[J];南京理工大学学报(自然科学版);2004年05期
10 龙承念,代双凤,关新平;网络控制系统的补偿策略[J];吉林大学学报(信息科学版);2004年04期
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1 章辉;控制系统中的信息描述与方法[D];浙江大学;2003年
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6 刘永生;夏铭;文湘江;刘畅;;面向视频业务的丢包检测方法[J];邮电设计技术;2017年08期
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9 李如玮;鲍长春;;VoIP丢包处理技术的研究进展[J];通信学报;2007年06期
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1 肖治;;传输跨产品丢包问题处理总结[A];内蒙古通信学会2017年优秀论文集[C];2017年
2 徐华涛;;如何分析互联网丢包的现象[A];第十届中国科协年会信息化与社会发展学术讨论会分会场论文集[C];2008年
3 宋燕;王景成;;基于丢包数的网络控制系统的稳定性分析[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 许圣洁;蔡秀珊;高虹;;网络控制系统输出反馈设计及最大丢包数的估计[A];第25届中国控制与决策会议论文集[C];2013年
5 刘秀芝;戴亚平;;网络化控制系统的容错控制研究综述[A];第25届中国控制与决策会议论文集[C];2013年
6 赵翔辉;郝飞;;一类非线性网络化控制系统的绝对稳定性[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 蔡胤;刘飞;;不确定时滞切换随机系统分析及H_∞控制[A];2006中国控制与决策学术年会论文集[C];2006年
8 李德权;费树岷;孙长银;;基于方差约束的模糊不确定随机系统的输出反馈鲁棒控制[A];第二十二届中国控制会议论文集(下)[C];2003年
9 麻磊;张严心;;带有时延和丢包的网络控制系统的时间分割切换模型的建模与分析[A];第24届中国控制与决策会议论文集[C];2012年
10 王隔霞;李丽花;;多步长采样网络化控制系统的动态控制器的设计[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第六分册)[中南大学学报(增刊)][C];2009年
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1 本报记者;谁在承担商场丢包的责任[N];乐山日报;2006年
2 司马童;“导演丢包、局长过问”的牢骚事出有因[N];工人日报;2012年
3 王纪平;两例特殊的网络丢包排错案例[N];中国计算机报;2008年
4 本报记者 张宏雷;美容时丢包 消费者获赔[N];中国消费者报;2000年
5 本报编辑部;购物时丢包 商场该否赔偿[N];中国消费者报;2001年
6 徐庆举;江苏画家坐车丢包 天津的哥完璧归赵[N];天津日报;2008年
7 ;丢包者:拿回发票及重要证件 拾包者:拿走包内现金及值钱物品[N];金华日报;2005年
8 鄢德良;丢包骗子专诈病人救命钱[N];四川法制报;2015年
9 陆峰;外包企业可望告别“塞车”“丢包”烦恼[N];新华日报;2007年
10 本报记者 梁家俊通讯员 钟文方 潘金艺;这些妇女为何陷入“丢包”之劫[N];法治快报;2007年
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1 张文安;网络化控制系统的时延与丢包问题研究[D];浙江工业大学;2010年
2 袁智;离散网络化控制系统的建模与控制研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 李冰;基于输入延时法的网络化控制系统分析及控制方法研究[D];哈尔滨理工大学;2016年
4 肖寅东;网络状态监测仪中丢包检测算法及其实现的关键问题研究[D];电子科技大学;2013年
5 冯欣;基于视觉显著性的网络丢包图像和视频的客观质量评估方法研究[D];重庆大学;2011年
6 马卫国;具有时延和丢包的鲁棒网络控制系统研究[D];大连理工大学;2008年
7 王宝凤;网络化控制系统中状态估计问题的研究[D];大连海事大学;2010年
8 吴迪;基于切换的网络化预测及事件驱动控制的研究[D];大连理工大学;2015年
9 刘安东;网络化系统的滚动时域控制与估计研究[D];浙江工业大学;2013年
10 宋洪波;网络化控制系统的介质访问受限问题研究[D];浙江工业大学;2012年
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1 张燕燕;具有时延和丢包的网络化控制系统分析和控制[D];浙江工业大学;2015年
2 于少冲;具有采样抖动的线性网络化控制系统的控制算法设计[D];燕山大学;2014年
3 尹姝;基于切换系统理论的网络化系统的控制与H_∞滤波[D];浙江工业大学;2009年
4 米婷;基于实测流量的丢包率研究[D];东南大学;2015年
5 袁园;具有丢包和通讯约束的网络化控制系统的故障检测[D];燕山大学;2014年
6 陈弢;网络语音传输丢包的恢复技术[D];哈尔滨工业大学;2008年
7 刘春会;3G网络实时视频传输中的丢包控制机制研究[D];海南大学;2011年
8 张嘉慧;基于断层扫描技术的三级网丢包检测与分析系统的设计[D];国防科学技术大学;2014年
9 刘晨东;语音通信中波形域抗丢包技术研究[D];西安电子科技大学;2014年
10 周伟;基于粒子滤波的非平稳网络丢包层析成像研究[D];电子科技大学;2013年
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